В рамках одной из самых масштабных попыток создания всеобъемлющего каталога генетических уязвимостей рака исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда и Института рака Дана-Фарбер идентифицировали более 760 генов, от которых раковые клетки разных типов сильно зависят от их развития. рост и выживание.
Многие из этих "зависимости," исследователи сообщают сегодня в журнале Cell, специфичны для определенных типов рака. Тем не менее, около 10 процентов из них являются общими для нескольких видов рака, что позволяет предположить, что относительно небольшое количество методов лечения, нацеленных на эти основные зависимости, каждый может быть перспективным для борьбы с несколькими опухолями.
Чтобы получить эти результаты, исследовательская группа провела полногеномный скрининг РНК-интерференции (РНКи) на 501 клеточной линии, представляющей более 20 типов рака, подавляя более 17000 генов индивидуально в каждой линии, чтобы выявить генетические зависимости, уникальные для раковых клеток.
Раковые клетки могут содержать широкий спектр генетических ошибок, от небольших мутаций до массового обмена ДНК между хромосомами. Если ошибка отключает критический ген, раковая клетка компенсирует это, регулируя активность других генов, часто развивая зависимость от таких адаптаций, чтобы сохраняться.
Выявление этих зависимостей дает ученым возможность глубже понять биологию рака и определить новые терапевтические цели.
"Многое из того, что было и продолжает делаться для характеристики рака, основано на генетике и секвенировании. Это дал нам список запчастей," сказал соавтор исследования Уильям Хан, член института в рамках Широкой онкологической программы, руководитель отдела молекулярной и клеточной онкологии в Дана-Фарбер и лидер инициативы «Карта зависимостей рака», совместной работы, охватывающей Институт Броуда и Дана-Фарбер. "Отображение зависимостей приписывает функции частям и показывает, как реконструировать процессы, лежащие в основе рака."
РНКи заглушает гены, используя небольшие фрагменты РНК, называемые малыми интерферирующими РНК (миРНК). Чтобы запустить полногеномный скрининг РНКи, исследователи подвергают клетки воздействию пулов миРНК и отслеживают поведение клеток.
"Самое простое, что можно сделать с нарушенными клетками, – это позволить им расти с течением времени и посмотреть, какие из них будут процветать," Соавтор исследования Дэвид Рут, научный сотрудник института и директор Genetic Perturbation Platform в Брод, объяснил. "Если, например, исчезают клетки с заглушенным определенным геном, это означает, что ген необходим для пролиферации."
Данные выявили поразительные закономерности в зависимости раковых клеток. Многие зависимости были специфичными для рака, в том смысле, что каждая из них подавляла их, затрагивала только часть клеточных линий. Однако более 90 процентов клеточных линий имели сильную зависимость по крайней мере от одного из 76 генов, что позволяет предположить, что многие виды рака зависят от относительно небольшого числа генов и путей.
Используя набор молекулярных характеристик (e.грамм., мутации, количество копий генов, паттерны экспрессии) для каждой клеточной линии, команда также создала модели на основе биомаркеров, которые помогли объяснить биологию, лежащую в основе 426 из 769 зависимостей. Большинство этих биомаркеров можно разделить на четыре большие категории:
мутация (и) потери копии или снижения экспрессии гена увеличенная экспрессия гена зависимость от гена, функционально или структурно связанного с другим, потерянным геном (.k.а., паралоговая зависимость)
Удивительно, но более 80 процентов зависимостей с биомаркерами были связаны с изменениями (вверх или вниз) экспрессии гена. Мутации (часто используемые в качестве основания для поиска гена в качестве мишени для лекарства) составляли всего 16 процентов зависимостей, связанных с биомаркерами.
Двадцать процентов зависимостей, обнаруженных командой, были связаны с генами, ранее идентифицированными как потенциальные мишени для лекарств.
"Мы не можем сказать, что нашли все, но мы можем сказать, что гены, которые мы видим, попадают в относительно небольшое количество ящиков, некоторые из которых знакомы, некоторые менее," Хан сказал. "Эта начальная таксономия – отличная отправная точка для построения полной карты."
"Наши результаты служат отправной точкой для терапевтических проектов, чтобы решить, на чем сосредоточить свои усилия," сказала соавтор исследования Франциска Васкес, руководитель проекта карты зависимости от рака. Она добавила, что пока еще многое предстоит сделать для проверки списка, "становится все проще триангулировать данные и генерировать гипотезы по мере того, как становятся доступными более систематические наборы данных в масштабе генома, например, из проектов «Энциклопедия линии раковых клеток», «Экспрессия генотипа-ткани» и «Атлас генома рака»."Объединение всех данных воедино," она продолжила, "поможет нам составить действительно исчерпывающую карту зависимости от рака."
Чтобы исключить ложноположительные результаты, вызванные эффектами семян – феномен, при котором миРНК непреднамеренно заглушают нерелевантные гены – соавтор исследования Авиад Черняк возглавил разработку нового вычислительного инструмента, получившего название DEMETER.
"Люди иногда скептически относятся к РНКи, потому что затравочные эффекты делают данные настолько шумными," сказал Черняк, руководитель группы Data Science в рамках Широкой программы борьбы с раком. "DEMETER моделирует нокдаун генов и эффекты затравки в данных, а также вычисляет эффекты затравки. Он очищает данные и помогает найти истинные зависимости."
По словам Хана, данные свидетельствуют о том, что пришло время уделять больше внимания более широкому ландшафту функциональных аспектов рака, в дополнение к сосредоточению внимания на мутациях и вариациях генов, кодирующих белок.
"Я думаю, что мы близки к концу поиска генов, которые мутируют или локально амплифицируются при раке," он сказал. "Для меня это огромная возможность, потому что это означает, что у нас есть много неиспользованных путей для понимания рака."